PXI多通道瞬態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)

摘  要： 采用National Instruments(NI)公司高速示波器和定時(shí)模塊，對(duì)石油行業(yè)中的電起爆/點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，開(kāi)發(fā)出一套火工品器件的瞬態(tài)時(shí)間特性測(cè)試系統(tǒng)。基于LabVIEW 高效的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和強(qiáng)大功能以及LabVIEW Signal Processing Toolset豐富的信號(hào)處理函數(shù)，結(jié)合PXI-5112和PXI-6602硬件模塊，成功有效地完成了電起爆/點(diǎn)火器件信號(hào)的瞬態(tài)時(shí)間特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

系統(tǒng)硬件構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、PXI采集系統(tǒng)和中間適配器三部分組成（如圖1所示）。主控計(jì)算機(jī)和PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)PXI-MXI-3連接。中間適配器主要用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)儀器的啟動(dòng)控制以及提供12路引爆外觸發(fā)數(shù)字信號(hào)。

系統(tǒng)中12 路點(diǎn)火/引爆信號(hào)由6 塊PXI-5112 數(shù)字示波器模塊采集完成。PXI-5112 具有兩路8位垂直分辨率的模擬輸入通道，最高實(shí)時(shí)采樣率為100MS/s；具有CH0、CH1、TRIG 三路硬件觸發(fā)通道，觸發(fā)方式包括數(shù)字觸發(fā)和模擬觸發(fā)。試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)需實(shí)時(shí)記錄采集信號(hào)并進(jìn)行事后處理以檢測(cè)各通道的信號(hào)前延、峰值時(shí)間等參數(shù)，因此要求12 路起爆信號(hào)必須同步進(jìn)行采樣。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將PXI背板時(shí)鐘總線(xiàn)和RTSI同步觸發(fā)總線(xiàn)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)6塊PXI-5112工作的時(shí)鐘同步和觸發(fā)同步，工作方式為Master-Slave方式。同時(shí)，系統(tǒng)要求用于觸發(fā)外部?jī)x器的同步觸發(fā)脈沖，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用定時(shí)計(jì)數(shù)模塊PXI-6602的8路定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出作為同步觸發(fā)輸出，保證整個(gè)系統(tǒng)儀器觸發(fā)和采集觸發(fā)的同步工作。

系統(tǒng)同步觸發(fā)、采集設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)外部?jī)x器設(shè)備和PXI系統(tǒng)中采集模塊及定時(shí)計(jì)數(shù)模塊的同步觸發(fā)和同步采集。PXI總線(xiàn)為每一個(gè)插槽提供誤差小于1ns的10MHz參考時(shí)鐘，示波器模塊PXI-5112通過(guò)Phase-Locked Loop(鎖相環(huán))技術(shù)可以使100MHz的采樣時(shí)鐘與10MHz的參考時(shí)鐘保持同步。軟件設(shè)計(jì)時(shí)，將PXI背板總線(xiàn)上的10MHz參考時(shí)鐘路由到RTSI總線(xiàn)上作為6塊PXI-5112的工作時(shí)鐘，保證時(shí)鐘同步；將Master PXI-5112的Stop Trigger通過(guò)RTSI總線(xiàn)，作為觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)其余五塊Slave PXI-5112，保證采集同步。定時(shí)計(jì)數(shù)模塊PXI-6602具有8個(gè)32位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和32位5V TTL數(shù)字I/O，100kHz、20MHz、80MHz三個(gè)內(nèi)部時(shí)基，多種靈活的工作模式保證了進(jìn)行高精度的計(jì)數(shù)和定時(shí)。軟件設(shè)計(jì)中仍通過(guò)配置各路定時(shí)計(jì)數(shù)器共用一個(gè)Gate門(mén)限信號(hào)，用一路數(shù)字I/O輸出啟動(dòng)所有定時(shí)計(jì)數(shù)通道同步輸出。同步觸發(fā)及同步采集軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

測(cè)試軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)測(cè)試軟件采用虛擬儀器的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)圖形化軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它包含豐富的用于數(shù)據(jù)采集、分析、表達(dá)及存儲(chǔ)的庫(kù)函數(shù)，提供了巨大的編程靈活性和完善的性能，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑，以及在大量熟練用戶(hù)基礎(chǔ)上定型的功能強(qiáng)大的輔助工具，具有很高的可靠性，能夠充分實(shí)現(xiàn)操作靈活、功能強(qiáng)大和用戶(hù)界面友好的軟件設(shè)計(jì)要求。軟件是測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，它將系統(tǒng)中各部分的功能有機(jī)結(jié)合，并在其相互協(xié)作和數(shù)據(jù)傳遞的過(guò)程中起決定性的作用，使整個(gè)系統(tǒng)有效、穩(wěn)定地運(yùn)行。根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)要求，系統(tǒng)測(cè)試軟件的功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)管理軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交互、設(shè)備管理、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析處理以及信息的顯示和表達(dá)等功能調(diào)度。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試

該系統(tǒng)經(jīng)設(shè)計(jì)、調(diào)試完成后，完成了電起爆/點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)。參數(shù)配置：采樣率100MS/s，采集時(shí)間10ms，CH0觸發(fā)，觸發(fā)方式Edge，觸發(fā)電平1V，預(yù)觸發(fā)10%。利用控件Graph的Graph Plaette屬性中圖形縮放和光標(biāo)測(cè)量功能測(cè)量觸發(fā)信號(hào)前沿到點(diǎn)火、起爆信號(hào)前沿的作用時(shí)間t。計(jì)算出點(diǎn)火、起爆瞬態(tài)信號(hào)最大峰值A(chǔ)(max)，以及作用時(shí)間的均方根?滓值。點(diǎn)火、起爆測(cè)試結(jié)果如圖4、圖5所示。

系統(tǒng)完成后，多次對(duì)火工品器件進(jìn)行起爆、點(diǎn)火比對(duì)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定，測(cè)試精度高，能滿(mǎn)足石油行業(yè)中火工品器件出廠(chǎng)參數(shù)測(cè)試要求。